物理粤教版选修3-3学案第三章第一节内能功热量

第一节内能功热量1．了解改变物体内能的两种方式：做功和热传递．2．了解内能的变化可以分别用功和热量来量度．3．理解热量的概念．4．理解做功和热传递对于改变物体内能的等效性以及它们的本质区别．“火”不但可以用来取暖，还可以用来加热食物，“火”把人类带入了文明的殿堂．我们的祖先很早就发明了“钻木取火”的用具，使人们不再仅仅依靠自然的“恩赐”而得到“火”．你知道“钻木取火”的道理吗？提示：钻木取火应用了摩擦生热的原理，即用做功的方法改变物体的内能．1．内能(1)内能是物体内部所有分子做热运动的动能和分子势能的总和．(2)内能大小的决定因素：分子平均动能与温度有关，分子势能与体积有关，故内能与物体的温度、体积、物质的量有关．(3)内能与机械能：机械能是描述物体机械运动状态的量，内能是描述物体热学状态的量．机械能是相对的，而内能是绝对的，有物体就有内能．2．功与内能(1)“摩擦生热”是机械能转化为内能．电流热效应是电能转化为内能．(2)如果仅仅是用做功改变物体内能，则外界对系统做正功，系统的内能就增加；系统克服外界做功，即外界对系统做负功，物体的内能就减少．内能的变化量等于外界对系统所做的功，即功是系统内能变化的量度．3．热量与内能(1)热传递：热量从一个物体传递到另一个物体，或从物体的一部分传递到另一部分的过程，叫做热传递．热传递的方向：热量自发地从高温物体传递到低温物体，直至两物体温度相等．热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能．传递能量的多少用热量来量度．(2)热量：热量是在热传递过程中，为了表示内能变化而引入的一个物理量，热量是一个过程量．(3)内能改变与热量的关系：如果是单纯由热传递引起内能变化时，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少；系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少．做功和热传递在改变系统的内能上效果相同，但它们有重要的区别：做功是其他形式的能与内能之间的转化，而热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移．一、功、内能、内能的变化之间的关系1．内能与内能的变化的关系(1)物体的内能是指物体内所有分子做热运动的动能和分子势能之和．在微观上由分子数、分子热运动剧烈程度及相互作用力决定，宏观上体现在物体的温度和体积上，因此物体的内能是一个状态量．(2)当物体温度变化时，分子热运动剧烈程度发生改变，分子平均动能变化．物体体积变化时，分子间距离变化，分子势能发生变化，因此物体内能的变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关．因此物体内能的变化是一个过程量．(1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程．(2)在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少，物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少．3．功和内能的区别(1)功是过程量，内能是状态量．(2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化．(3)物体的内能大，并不意味着做功多．在绝热过程中，只有内能变化较大时，对应着做功较多．二、热量和内能1．热传递：热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，叫做热传递．2．热传递的实质：热传递实质上传递的是内能．传递内能的多少用热量来量度．3．传递的热量与内能的变化的关系(1)在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少．(2)在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少．三、改变内能的两种方式的比较做功热传递内能变化外界对物体做功，物体的内能增加物体对外界做功，物体的内能减少物体吸收热量，内能增加物体放出热量，内能减少物理实质其他形式的能与内能之间的转化不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移相互联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的类型一功和内能的关系【例题1】金属制成的汽缸中装有柴油与空气的混合物，有可能使汽缸中柴油达到燃点的过程是()A．迅速向里推活塞B．迅速向外拉活塞C．缓慢向里推活塞D．缓慢向外拉活塞解析：此题考查做功与内能改变的关系．当向里推活塞时，活塞对柴油与空气的混合物做功，又因为汽缸是由导热良好的金属做成的，因而当缓慢向里推活塞时，由于热传导，汽缸中的柴油与空气的混合物温度不会达到柴油的燃点，故只有迅速向里推活塞，才可能使汽缸中的柴油达到燃点．答案：A题后反思：“迅速”的含义是指向里推活塞过程中，汽缸与外界间来不及进行热传递．类型二有关内能与其他形式能间的转化问题【例题2】暖瓶中盛有0.5kg、25℃的水，一个学生想用上下摇晃的方法使冷水变为开水．设每摇晃一次水的落差为15cm，每分钟摇晃30次．不计所有热散失，他约需多长时间可以把水“摇开”？〔c水＝4.2×103J/(kg·℃)，g取10m/s2点拨：此问题中能量转化方向是：上摇时学生消耗自身的内能通过对水做功转化为水的重力势能；下摇时水的重力势能转化为动能，再转化为水的内能．由于不计一切热散失，水的重力势能的减少量等于水的内能的增加量．解析：设“摇开”水需时间t，水升温ΔT，由W＝ΔU得30mgΔht＝cmΔTt＝eq\f(cΔT,30gΔh)＝eq\f(4.2×103×(100－25),30×10×0.15)min＝7×103min即“摇开”水约需7×103min，约为5天．答案：5天．1关于物体的机械能和内能，下列说法中正确的是()A．机械能为零时，内能不为零B．机械能为零时，内能也为零C．机械能增大时，内能也一定增大D．内能增大时，机械能也一定增大解析：机械能和内能是两种不同性质的能，两者大小无直接联系；机械能可以为零，由于分子永不停息地运动，所以物体的内能永不为零，A选项正确，B、C、D选项错误．答案：A2如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙．现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中()A．外界对乙做功，甲的内能不变B．外界对乙做功，乙的内能不变C．乙传递热量给甲，乙的内能增加D．乙的内能增加，甲的内能不变解析：当活塞P向B移动时，外界对乙做正功，气体乙的内能增加，温度升高；乙通过导热板B向气体甲放热，因此甲的内能增加，因此选项A、B、D错误，C正确．答案：C3(双选)下列有关物体的内能、温度、热量的说法中，正确的是()A．只要两物体的质量、温度和体积相等，两物体内能一定相等B．热量是热传递过程中物体内能变化的量度C．只要温度升高，每个分子的动能就都增加D．做功和热传递都能改变物体的内能，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同解析：物体的内能由物体中的分子数、温度和体积共同决定，两物体的质量相等，而分子数不一定相同，故选项A错误；温度升高，分子的平均动能增加，每个分子的动能不一定都增加，故选项C错误；选项B、D的说法是正确的．此题涉及内能、温度、热量和功等多个概念，要注意区别．答案：BD4(双选)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(若不计气泡内空气分子势能的变化)，则()A．气泡对外做正功B．外界对气泡做正功C．气泡放热D．气泡吸热解析：在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功，选项A正确；气泡中气体的内能减少，温度有降低倾向，但由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，故需从外界吸收热量，以维持温度不变，选项D正确．答案：AD5(双选)下列哪些过程是通过做功改变物体内能的()A